装配式建筑设计的三大关键 ——万科长阳天地及金域缇香住宅产业化项目的设计体验

万科长阳天地项目位于北京市房山区长阳镇，由6栋21层高层和6栋11层小高层板楼组成，是北京万科首个全小区采用工业化方式建造的小区。项目采用全预制装配式剪力墙结构，产业化部位包括外墙、内墙、楼板、阳台、空调板、楼梯、轻质内隔墙。项目实现了设计标准化、部品生产工厂化、现场施工装配化、结构装修一体化和管理信息化。


万科金域缇香项目位于北京市房山区长阳镇，其中7#~9#楼为产业化住宅楼。7#楼下设基础隔震系统，预制构件产业化部位包括外墙、内墙、楼板、阳台、空调板、楼梯、轻质内隔墙；8#、9#楼预制构件产业化部位包括外墙、楼板、阳台、空调板、楼梯、轻质内隔墙。


这两个项目均由北京市住宅建筑设计研究院有限公司设计。在项目的设计阶段，预制构件的科学拆分、节点处理的标准化以及BIM协同配合是项目顺利实现建造方式转变的三大关键。


预制构件的科学拆分
建筑产业化的核心是生产工业化，生产工业化的关键是设计标准化，最核心的环节是建立一整套具有适应性的模数以及模数协调原则。设计中据此优化各功能模块的尺寸和种类，使建筑部品实现通用性和互换性，保证房屋在建设过程中，在功能、质量、技术和经济等方面获得最优的方案，促进建造方式从粗放型向集约型转变。


实现标准化的关键点则是体现在对构件的科学拆分上。预制构件科学拆分对建筑功能、建筑平立面、结构受力状况、预制构件承载能力、工程造价等都会产生影响。根据功能与受力的不同，构件主要分为垂直构件、水平构件及非受力构件。垂直构件主要是预制剪力墙等。水平构件主要包括预制楼板、预制阳台空调板、预制楼梯等。非受力构件包括PCF外墙板及丰富建筑外立面、提升建筑整体美观性的装饰构件等。


对构件的拆分主要考虑五个因素：一是受力合理；二是制作、运输和吊装的要求；三是预制构件配筋构造的要求；四是连接和安装施工的要求；五是预制构件标准化设计的要求，最终达到“少规格、多组合”的目的。


在长阳天地项目中，通过科学拆分将预制外墙板种类控制为6种、预制内墙板控制为3种、预制阳台板控制为1种，单块预制墙板重量控制在6吨以下。连接节点的尺寸尽量统一，减少了模板的种类。


连接节点的处理
连接节点的设计与施工是装配式结构的重点和难点。保证连接节点的性能是保证装配式结构性能的关键。装配式结构连接节点在施工现场完成是最容易出现质量问题的环节，而连接节点的施工质量又是整个结构施工质量的核心。因此，所采用的节点形式应便于施工，并能保证施工质量。


预制构件竖向受力钢筋的连接方式是美国和日本等地震多发国家普遍应用的钢筋套筒连接技术。通过我国科研技术人员大量的理论、试验分析，证明了该技术的安全可靠性，并纳入我国行业标准《装配式混凝土结构技术规程》。灌浆套筒连接技术是通过向内外套筒间的环形间隙填充水泥基等灌浆料的方式连接上下两根钢筋，实现传力合理、明确，使计算分析与节点实际受力情况相符合。


从建筑专业的角度来讲，节点处理的重点包括外保温及防水措施。“三明治”式的夹芯外墙板，内侧是混凝土受力层、中间是保温层、外侧是混凝土保护层，通过连接件将内外层混凝土连接成整体，既保证了外墙稳定的保温性能传热系数，也提高了防火等级。防水措施主要体现在板缝交接处，竖向板缝采用结构防水与材料防水结合的两道防水构造，水平板缝采用构造防水与材料防水结合的两道防水构造。


BIM全产业链应用
将BIM与产业化住宅体系结合，既能提升项目的精细化管理和集约化经营，又能提高资源使用效率、降低成本、提升工程设计与施工质量水平。


BIM软件可全面检测管线之间与土建之间的所有碰撞问题，并提供给各专业设计人员进行调整，理论上可消除所有管线碰撞问题。Revit MEP通过数据驱动的系统建模和设计来优化管道桥架设计，可以最大限度地减少管道桥架系统设计中管道桥架之间、管道桥架与结构构件之间的碰撞。

设计院应具备在产业化项目中进行全产业链、全生命周期的BIM应用策划能力，确定BIM信息化应用目标与各阶段BIM应用标准和移交接口，建立BIM信息化技术应用协同平台并进行维护更新，在产业化项目的前期策划阶段、设计阶段、构件生产阶段、施工阶段、拆除阶段实现全生命周期运用BIM技术，帮助业主实现对项目的质量、进度和成本的全方位、实时控制。

住宅产业化是我国建筑行业的一次深刻革命，是建筑行业发展必然趋势之一。与欧美、日本等发达国家相比，我国住宅产业化发展仍然处于初级阶段，面临管理体制滞后、技术体系不完善和建造成本高企等不利局面。在不断完善技术体系、建设住宅产业化推进激励机制的同时，要重点推行设计、施工、管理一体化，从项目策划、规划设计、建筑设计、生产加工、运输施工、设备设施安装、装饰装修及运营管理全过程统筹协调，形成完整的一体化运营模式。